登上《Science》封面：揭开壁虎断尾求生的秘密！

蜴（壁虎）尾巴自切术是一种反捕食者策略，包括定期牢固附着，但在需要时快速分离，但是潜在机理不是很清楚。

      2022年2月17日，纽约大学阿布扎比分校Yong-Ak Song团队在Science 以封面的形式在线发表题为“Biomimetic fracture model of lizard tail autotomy”的研究论文，该研究提出了一种使用多尺度层次结构的蜥蜴尾巴自切的仿生骨折模型。这些结构由具有纳米孔顶部的均匀分布的微柱组成，它概括了蜥蜴尾巴肌肉断裂平面上发现的高密度蘑菇状微结构。 

仿生实验表明，当在拉伸和剥离模式下将纳米多孔界面表面与柔性微柱结合时，粘附性增强。断裂建模将基于微米和纳米结构的增韧机制确定为关键因素。在潮湿条件下，与充满液体的微间隙和纳米孔有关的毛细管辅助能量耗散进一步提高了粘附性能。这项研究提出了对蜥蜴尾巴自切术的见解，并为解决粘附问题提供了新的仿生思想。

数百万年来，为了生存而不断的斗争已经驱使蜥蜴进化出一种被称为尾部或尾部自切术的防御机制。这种自体切除具有看似自相矛盾的性质：正常时牢固的依恋，但在需要时迅速分离。作为对尾部自切术的解释，以前的研究报告了蜥蜴尾部的分段解剖结构，在整个后胸椎骨的骨骼肌中具有功能性骨折平面。骨折平面由突出的肌肉纤维远端组成，排列为高度密集的蘑菇状微柱（由结缔组织分隔），其在自体切开中的作用仍无法定量理解。

从工程的角度来看，一个典型的断裂平面会使尾部过于容易断裂，即使在不危及生命的情况下也是如此。实际上，尾巴仍然牢固而忠实地与身体部位相连，只有在蜥蜴愿意时才迅速分离。蜥蜴尾巴自切术的简单断裂模型无法解决尾巴看似矛盾的性质。

对 Tokay 蜥蜴尾巴自体切除后释放的液体进行的蛋白质组学研究显示不存在任何破坏蛋白质的化学物质，因此表明存在机械断裂问题。为了了解蜥蜴尾巴自切的生物物理学，该研究分析了三种不同蜥蜴物种的骨折平面连接：Hemidactylus flaviviridis (Gekkonidae)、Cyrtopodion scabrum (Gekkonidae) 和 Acanthodactylus schmidti (Lacertidae) 。

Science 封面（图源自Science ）

该研究基于 Gekkonidae 的两种物种和 Lacertidae 蜥蜴科的一种物种的研究揭示了具有纳米孔顶面的高度致密蘑菇形微柱在尾部自体切除术中的重要作用。这些微柱和纳米孔沿尾部断裂平面建立界面连接，在弯曲模式下比在拉伸模式下更易受到破坏。然而，在每种模式中，连接都显示出具有纳米孔顶部微柱的增韧机制，有助于尾部避免过度断裂。此外，微柱高度的增加，以及由微水平不连续性引起的缺陷不敏感性，促成了外在增韧机制。

尾部自切的高速分析（图源自Science ）

在潮湿条件下，微米级和纳米级液桥促进了毛细管辅助和基于吸力的能量耗散。使用这种多尺度的界面策略，蜥蜴小心地平衡了附着和分离，在它的尾巴上实现了既不太弱也不太强的“恰到好处”的连接，从而获得了最佳的生存机会。 总之，这项研究提出了对蜥蜴尾巴自切术的见解，并为解决粘附问题提供了新的仿生思想。

参考消息：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abh1614

本文来源：公众号【iNature】

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